1 DDS的結(jié)構(gòu)及工作原理

DDS的基本結(jié)構(gòu)由參考時鐘、相位累加器、ROM、DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)和LPF(低通濾波器)組成,見圖1.



DDS的工作原理是:在參考時鐘fr的控制下,頻率控制字K由累加器得到相應(yīng)的相位數(shù)據(jù),把此數(shù)據(jù)作為取樣地址,來尋址正弦ROM表進(jìn)行相位-幅度變換,輸出不同的幅度編碼;再經(jīng)DAC得到相應(yīng)的階梯波;最后經(jīng)LPF對階梯波進(jìn)行平滑處理,即可得到由頻率控制字決定的連續(xù)變化的輸出正弦波.見圖2.



DDS的輸出頻率fo、參考時鐘頻率fr、相位累加器長度N以及頻率控制字K之間的關(guān)系為:

DDS的頻率分頻率為:

由于DDS的最大輸出頻率受奈斯特取樣定理限制,所以fmax=f/2.

2 PLL的結(jié)構(gòu)及工作原理

設(shè)計中通常采用數(shù)字鎖相頻率合成法,其基本結(jié)構(gòu)由參考時鐘fr、VCO(壓控振蕩器)、程序分頻器(÷N)、PD(鑒相器)、LPF等組成.見圖3.



當(dāng)PLL達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,若輸入信號為一固定頻率的正弦波,則VCO的輸出信號頻率經(jīng)程序分頻器分頻后與輸入信號頻率相等,它們之間的相位差為一常值.這種狀態(tài)為環(huán)路的鎖定狀態(tài).此時有:

3 基于DDS的頻率合成器的設(shè)計

3.1 電臺整機(jī)方案

該電臺工作頻率范圍為2 MHz~500 MHz,具有調(diào)頻、調(diào)幅(包括單邊帶)、調(diào)相(QPSK)等功能,還可工作于跳擴(kuò)頻方式.在短波頻段(2 MHz~30 MHz)要求調(diào)諧間隔為10 Hz,其余頻段為100 Hz.設(shè)計中采用二次變頻方案,第一中頻取160MHz,第二中頻取10.7 MHz.當(dāng)然,對于160 MHz附近頻段,只采用一次變頻至10.7 MHz.第二中頻以下采用數(shù)字化處理.簡化原理框圖如圖4所示.



3.2 頻率合成器方案

頻率合成器須輸出第一本振、第二本振兩路信號.第二本振為固定頻率170.7 MHz,選用ADF4001 PLL電路,參考時鐘采用14.4 MHz溫度補(bǔ)償晶體振蕩器,環(huán)路鑒相頻率100 kHz.第一本振信號是由14.4 MHzTCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)經(jīng)DDS頻率合成器(選用AD9851)產(chǎn)生參考信號,再由PLL電路鎖定在工作頻率上.原理框圖如圖5所示.



3.2.1 器件的選擇

選用Analog Devices公司的DDS芯片AD9851,該芯片的最高工作時鐘為180 MHz,內(nèi)部除了完整的高速DDS外,還集成了時鐘6倍頻器和一個高速比較器.本方案使用14.4 MHz TCXO,經(jīng)6倍頻器產(chǎn)生86.4 MHz參考時鐘頻率,DDS輸出的頻率分辨率為:



PLL選用National Semiconductor公司的雙頻率合成器電路LMX2335,其最高工作頻率1.1 GHz.

3.2.2 工作頻率計算

以短波頻段(2 MHz~30 MHz)為例,第一本振輸出頻率為:



考慮到環(huán)路的鎖定時間,LMX2335的鑒相頻率取200 kHz左右,對于較大范圍調(diào)整頻率,可改變LMX233的程序分頻數(shù)N,例如:162 MHz~172 MHz,N取14×60=840;172 MHz~182 MHz,N取15×60=900;182 MHz~190 MHz,N取16×60=960.LMX233的參考分頻數(shù)R固定為60.DDS輸出頻率控制在11 MHz~13 MHz,可在小范圍內(nèi)調(diào)整PLL的輸出頻率.下面以輸出162 MHz為例說明DDS頻率控制字K的算法.

DDS輸出頻率為:

頻率控制字K為:

在162 MHz~172 MHz頻率范圍內(nèi),頻率誤差=0.020 116 567×14≈0.28 Hz.

3.2.3 應(yīng)注意的問題

DDS的輸出應(yīng)經(jīng)過一中心頻率為12 MHz、帶寬為2 MHz的帶通濾波器.具體設(shè)計可使用Agilent ADS軟件.該電路是高速數(shù)?；旌想娐?在制作印制電路板時,一定要注意數(shù)模干擾問題.為此,印制電路板一定要使用4層板.在進(jìn)行電路布局時,將數(shù)字部分和模擬部分分開;將電源層分為數(shù)字電源和模擬電源;將地層分為數(shù)字地和模擬地.每個有源器件的電源都要加去耦電容,并且盡可能地靠近電源輸入處,以幫助濾除高頻噪聲.

4 結(jié)束語

目前頻率合成技術(shù)主要有直接頻率合成、PLL頻率合成、DDS這3種形式.由于PLL方式的頻率合成器存在高分辨率和快轉(zhuǎn)換速度之間的矛盾,而DDS方式的輸出帶寬又有限,因此在設(shè)計工作頻率寬、調(diào)協(xié)精度高的頻率合成器時,這兩種方式均不能滿足技術(shù)要求.但是,采用DDS+PLL方式,可以滿足高精度和寬頻帶的需要,其實現(xiàn)的難點是如何提高合成器輸出頻譜純度.在實際印制電路板制作中,DDS的良好接地和合理布線非常有助于系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn).

相關(guān)型號資料:CT1741 MH68HC12BL16CFU8 DK26 (SC505810CFUB8) NCP1212DG 8269262